DE2332023A1

DE2332023A1 - Verfahren zum schneiden von duennem, sproeden material

Info

Publication number: DE2332023A1
Application number: DE2332023A
Authority: DE
Inventors: William Hopkins Van Orden
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1973-06-23
Publication date: 1974-03-07
Also published as: FR2197337A5; US3783723A; AU5755873A; IT992948B

Description

P0tORnHMV

Dr. Helmut Späth

•ZOO losenlulm/Obfc.

Max-Josefs-Plata 6

united Aircraft Coxporation 59 P 84

400 Main Street _{22φ Juni}

East Hartford, Connecticut 06108

Vereinigte Staaten von Amerika 2 33 ZOZ3

Verfahren zum Schneiden von dünnem, spröden Material.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren eum Ausschneiden von Foi/mstücken aus dünnem, spröden Material.

Es sind mehr-ere Verfahren zum Ausschneiden von Formstücken aus dünnem Material bekannt. Ein solches Verfahren ist in der U.S. Patentschrift 2.757.728 beschrieben urid behandelt das Schneiden von Schaumgummi oder anderen weichen und biegsamen Werkstoffen. Entsprechend einem Merkmal der U.S. Patentschrift 2.757.728,velches auch bei anderen Verfahren zum Ausschneiden von Formstücken aus verhä*ltnisma*ssig dünnen Material Anwendung findet, wird zum Ausschneiden der Formstücke ein Messer verwendet. Sprödes Material dagegen kann man nicht sauber schneiden falls man es gegen ein Messer drückt. Durch das Fehlen einer Auflage für das Material zu beiden Seiten der Messerkante tritL ein Zersplittern des spröden Materials auf. Dies gilt insbesondere für Verbundwerkstoffe, welche in einem Einbettungswerkstoff liegende spröde Fasern aufweisen, wobei die Fasern beidseitig der Messerkante infolge der geringfügigen Durchbiegung vor dem eigentlichen Schneiden durch die Messerkante abbrechen und zersplittern. Ein sauberer Schnitt ist deshalb oft schwierig zu erreichen.

Zum Schneiden dieser spröden werkstoffe sowie der Verbundwerkstoffe kann man eine Schere verwenden, jedoch ist dies für die Herstellung· von grossen Stückzahlen und sogar ffc'r Testzwecke unpraktisch da z.B. zur Herstellung einer einzigen Verbundschaufel etwa 100 Formstücke aus Verbundwerkstoff mit verschiedenen Abmessungen und Formen erforderlich sind. Ausserdem beobachtet man bei Verwendung

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von Scheren ebenfalls ein Zersplittern der Fasern und zwar aus dem gleichen Grunde wie bei der Verwendung eines Messers. Deshalb ist auch hier ein sauberer Schnitt nur schwierig zu eireichen«

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin ein Verfahren zum Ausschneiden von Formstücken aus dünnem, spröden Material zu schaffen, welches ein rasches, einfaches und sauberes Ausschneiden von Formstücken aus Verbundwerkstoff bestehend aus in einer Matrizmasse eingebetteten spröden Fasern gestattet.

Entsprechend der Erfindung wird der dünne, spröde Werkstoff aus welchem die Formstücke auszuschneiden sind auf mindestens eine Schablone aufgelegt so dass der dünne, spröde Werkstoff die Oberfläche der Schablone bedeckt und sich mindestens sn bestimmten Stellen über den Umfang der Schablone hinauserstreckt, wobei die flache Oberfläche der Schablone die Form der auszuschneidenden Formstücke aufweist und der Umfang dieser flachen Oberfläche eine Schneidkante bildet, und ein zusammendrückbares Material wird gegen den dünnen, spröden Werkstoff gedrückt um diesen gegen die Oberfläche der Schablone zu pressen, wobei das zusammendrückbare Material an wenigstens den gleichen Stellen als der dünne spröde Werkstoff über den Umfang der Schablone hinausragt, so dass durch das Zusammenpressen die über den Umfang der Schablone hervorragenden Bereiche des zusammendrückbaren Materials in der Nähe des Schablonenumfanges unterhalb die Ebene der Schablonenfläche gedrückt werden um den dünnen spröden Werkstoff durch die Schneidkante der Oberfläche zu schneiden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Zusammen pressen mittels einer Rolle durchgeführt und das zusammendrückbare Material ist eine Korkplatte, welche über den spröden Werkstoff gelegt ist. Die Rolle drückt die Korkplatte zusammen, welche ihrerseits den spröden Werkstoff gegen die flache Oberfläche der Schablone drückt. Der Bereich der Korkplatte, weIcher über den Umfang der flachen Fläche hinausragt wird unterhalb der Ebene der flachen Oberfläche in der Nähe ihres Umfanges gedrückt. Während die Rolle über der Oberfläche der Korkplatte entlang rollt, wird der spröde Werkstoff durch den Rand der Schablone in

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ahnlicher Weise wie durch eine Schere geschnitten» Der Bereich des spröden Werkstoffes, welcher Ober der flachen Oberfläche der Schablone liegt kann sich nicht verbiegen da er durch die Korkplatte in fester Anlage ait der flachen Oberfläche gehalten wird.

Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Schablone, der spröde werkstoff und die Korkplatte zwischen zwei parallelen in vertikalem Abstand voneinander angeordneten Rollen hindurchgefflhrt wodurch die Korkplatte zusammengedruckt wird.

Das Verfahren nach dieser Erfindung eignet sich insbesondere zum Ausschneiden von Formstöcken aus einem dünnem verbundwerkstoff, welcher in einer Matrixmasse eingebettete spröde, parallele Fasern enthalt. Diese Verbundwerkstoffe können nur einige^/*. dick sein und die Fasern können sehr spröde sein, und besondere Vorkehrungen sind erfordert um ein Abbrechen der Fasern zu vermeiden. Ein solcher Verbundwerkstoff kann z.B. aus Borfasern in einer Aluminiummatrix bestehen. Das übliche Ausschneiden der Formstücke mittels einer Schere dauert mehrere Stunden und kann nun mittels dem verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung in einigen Minuten durchgeführt werden und dabei erhSl-t gleichzeitig einen sauberen Schnitt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren ausführlicher beschrieben, es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht in Perspektive; teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung, die zur Durchführung das Verfahrens nach der Erfindung verwendet wird.

Figur 2 eine teilweise Draufsicht der Vorrichtung nach Figur 1.

Figur 3 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 3-3 nach Figur 2.

Figur 4 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 4-4 nach Figur 2.

Figur 5 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 5-5 nach Figur 4. "

Figur 6eine Ansicht in Perspektive, der bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendeten Schablone.

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Figur 7 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 7-7 nach Figur 3.

in den Figuren 1 und 2 ist eine Vorrichtung dargestellt zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfasst eine obere Rolle Io und eine untere Rolle 12, die parallel zueinander und in vertikalem Abstand voneinander angeordnet und drehbar an einem Gehäuäfe 14 gelagert sind. Das Gehäuse 14 enthält eine Antriebsvorrichtung , z.B. einen Motor 16, zum Antrieb der unteren Rolle 12. Ein Werkstück 18, welches im folgenden ausführlicher beschrieben wird, wird zwischen den beiden Rollen 10, 12 hindurchgeführt, welche' das Werkstück 18 zusammendrücken. Der Pfeil 19 deutet die Bewegungsrichtung des Werkstückes an. Das Gehäuse 14 hat einen oberen Tisch 20 auf welchem das Werkstück 18 zur Auflage kommt nachdem es zwischen den Rollen hindurchgeführt wurde.

In der Figur 3 ist eine Schnittansicht des Werkstückes 18 dargestellt bevor es zwischen den Rollen 10 und 12 hindurchgeführt wird. Das Werkstück .18 umfasst nach dieser Auführungsform eine Tragplatte 22, mehrere Schablonen 24 (nur eine Schablone ist in Figur 3 dargestellt), Befestigungsmittel 33, den zu schneidenden Werkstoff 26 und ein zusammendrückbares, biegsames Material 28. Die Tragplatte 22 besteht bei diesem AusführungsbeispieI z.B. aus Stahl, sie kann jedoch aus jedem anderen festen, starren Material hergestellt werden. In den Figuren 3, 4 und 5 sind die Dicken der einzelnen Teile des Werkstückes nicht im richtigen Masßstab inbezug zueinander dargestellt, damit die Figuren übersichtlich bleibensallen.

Die Schablone 24 siehe Figure 6, hat eine unter Fläche 29, eine seitliche Fläche 30 und eine flache obere Fläche 31; Der durch die seitliche Fläche 30 und die obere Fläche 31 gebildete Rand 32 ist die Schneidkante der Schablone. Die Schneidkante 32 bildet dan Umöig der oberen Fläche 31, welche die Form des auszuschneidenden Formstückes aufweist. Eine oder mehrere dieser Schablonen 34 werden auf der Tragplatte 32 durch geeignete Mittel 33 befestigt, wie,z.B. durch eine beidseitig haftende Klebefolie, wie in Figur 3 dargestellt ist, oder durch ein Klebemittel. Falls eine

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beidseitig haftende Klebefolie verwendet wird, kann eine Schablone rasch durch eine andere ersetzt werden. Es ist möglich und insbesondere für eine Massenproduktion vorteilhaft die Schablonen 24 einstückig mit der Tragplatte 22 herzustellen. Das Befestigen der Schablonen 24 an der Tragplatte 22 hat den Vorteil, dass die Schablonen während der Durchführung des Werkstückes 18 zwischen den Rollen 10 und 12 sich nicht inbezug zu der Tragplatte bewegen können; eine Befestigung der Schablonen an der Tragplatte ist jedoch nicht immer erforderlich. Der Umfang der flachen Oberfläche 31 jeder Schablone 24 entspricht der gewünschten Form des Formstückes. Der zu schneidende Werkstoff 26 wird über die fläche 31 so aufgelegt, dass er die gesamte,. Oberfläche überdeckt falls man ein sauber geschnittenes Formstück erhalten will, dabei muss der zu schneidende Werkstoff aber nicht an seinem gesaraten Umfang über die flache Oberfläche hinausragen. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung soll der zu schneidende werkstoff 26 dünn und spröde sein. Z.B. kann man mit dem Verfahren entsprechend der Erfindung einen Verbundwerkstoff 26 schneiden der eine Dicke von etwa6^ hat, und aus spröden Borfasern hoher Festigkeit in einer Aluminiummasse besteht. Falls aus dem Verbundwerkstoff Formstücke zur Herstellung von Gasturbinenschaufeln ausgeschnitten werdensollen, so sind die Fasern ununterbrochen und liegen parallel zueinander in der Matrixmasse, so dass roan Formstücke ausschneiden kann, die eine hohe Festigkeit in einer Richtung aufweisen.

Ober den Verbundwerkstoff 26 wird eine Platte aus zusammendrückbarem Material 28 aufgelegt die vorzugsweise biegsam ist, so dass sie mehrmals verwendet werden kann. Bei diesem AusfUhrungsbeispiel ist das zusammendrückbare Material eine Korkplatte, die etwa 6,35 mm dick ist. Anstelle der Korkplatte kann auch eine Gummiplatte oder eine Platte aus Kunststoffschaum verwendet werden, wie noch im folgenden beschriften wird, muss die Korkplatte 28 über den Umfang der Fläche 31 hinausragen und zwar mindestens an den Stellen des Umfanges an welchen der verbundwerkstoff 26 über denselben hinausragt.

In den Figuren 4 und 5 ist eine der Schablonen 24 dargestellt und

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_ 6 zwar in dem Augenblick wo sie sich zwischen den Rollen IO und 12 hindurchbewegt. Natürlich können sich mehrere Schablonen gleichzeitig zwischen den Rollen hindurchbewegen, wahrend dem die Schablone 24 sich zwischen den Rollen 10 und 12 hindurchbewegt hat die Korkplatte 28zwei Aufgaben zu erfüllen; erstens, hält sie den Verbundwerkstoff 26 in flacher Auflage gegen die Fläche 31 der Schablone 24 wä'hrend dem Schneiden; und zweitens wird der Bereich der Korkplatte 28, welcher über den Umfang der Oberfläche 31 hinausragt unterhalb die Ebene der Oberfläche 31 gedrückt (an den Stellen 34 und 36), so dass der spröde Werkstoff 26 durch die Kante 32 abgeschert wird. Es sei hier erneut daraufhingewiesen, dass der Werkstoff 26 spröde sein muss, denn falls er nicht spröde wäre so' würde der werkstoff 26 nur an der Kante 32 in ählicher Weise wie die Korkplatte 28 umgebogen werden und er könnte nicht abgeschnitten werden. Dadurch dass der Verbundwerkstoff 26 in flacher Anlage mit der Fläche 31 der Schablone 24 gehalten wird, erha'lt man einen sauberen Schnitt ohne Beschädigung des ausgeschnittenen Formstückes, dies ist ein sehr wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach dieser Erfindung da der Werkstoff aus dem die Formstücke auszuschneiden sind ein Verbundwerkstoff mit spröden Fasern ist. Nur eine geringfügige Durchbiegung der Fasern kann ein Abbrechen derselben verursachen und deshalb müssen sie während dem Schneiden in flacher Anlage mit der Oberfläche 31 der Schablone gehalten werden, insbesondere bei der Verwendung der Formstücke zur Herstellung von Verbundschäufeln sind abgebrochene Fasern in dem aerodynamischen Bereich der Schaufel sehr nachteilig und vermindern die Gesamtfestigkeit der Schaufel. Es sei hier noch erwähnt, dass die Schnittlinie umso sauberer wird je scharfer die Schneidkante 32 ist, dagegen ist aber eine äusserst scharfe Kante nicht erforderlich. Man erreicht ein zufriedenstellendes Ausschneiden der Formstücke aus einem Bor-Aluminium-Verbundwerkstoff falls die Schablonen eine Schneidkante mit einem Radius von etwa 0,25 mm aufweisen.

In der Figur 5 ist der Verbundwerkstoff während dem Schnei dvor gang dargestellt. Hierzu wird die untere Rolle 12 vom Motor 16 (Figur 1} angetrieben und dadurch bewegt sich das werkstück 18zwischen den Rollen 10 und 12 in Richtung der Pfeile 38. Die obere Rolle 10-

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drückt die Korkplatte 28 unterhalb die Oberfläche 31 der Schablone 34 an der Stelle der grössten Annä*herung der Rollen 10 und 12, wie durch den Pfeil 4Oangedeutet ist, und dadurch wird der Verbundwerkstoff durch die Kante 32 in ähnlicher Weise wie durch eine Sehere abgeschnitten. Der Bereich des Verbundwerkstoffes 26, welcher sich zwischen dm Rollen 10 und 12 hindurchbewegt hat ist schon geschnitten. .

Falls der zu schneidende, spröde Werkstoff parallele Fasern in einer Matrixnasse enthalt, wie z.B. das erwähnte Verbundmaterial 26, und falls die Schneidkante 32 der Schablone 24 geradlinige Teile aufweist,, wie z.B. die geradlinigen Teile 42 und 44 so sollen die Fasern des spröden Werkstoffes nicht parallel zu diesen geradlinigen Bereichen verlaufen, wie in Figur 7 dargestellt ist. Falle die Fasern und die Schneidkante der Schablone parallel wären, so wurde die Schneidkante zvischen zwei nebeneinander liegenden Fasern schneiden und könnte dadurch die Matrixmasse zwischen diesen Fasern nicht sauber abschneiden, so dass roan einen rauhen Rand an dem ausgeschnittenen Formstück erhalten wurde, der später zu verputzen ware, in der Figur 7 ist der Verlauf der Fasern in dem Verbundwerkstoff 26 durch die Linien 46 angedeutet. Nur ein kleiner winkel von etwa 5° ist erforderlich zwischen den Fa- - sern und den Schneidkanten 42 und 44 der Schablone um diesen Nachteil zu beseitigen.

Das erfindungsgemfisse Verfahren kann auch auf andere Art und Weise durchgeführt werden· Z.B. ist es nicht erfordert das werkstück 18 zwischen zwei ortsfesten Rollen hindurchzuführen sondern das Werkstack kann statJonnSr sein, und dabei können die Rollen über die LSnge des Werkstückes entlang gleiten und hierzu in einem horizontal beweglichen Schlitten gelagert sein. Man kann-auch zum Zusammenpressen des zusammendrückbaren Materials eine einzige Rolle verwenden und dabei kann eine flache Flache als Tragplatte für die Schablonen, dienen währenddem die Rolle auf der Oberfläche des zusammendrückbaren Materials abrollt. Desweiteren kann das Ausschneiden der Formstücke durch einfaches Ausüben eines vertikal gerichteten Druckes z.B. mittels einer Presse auf die Oberfläcle . des zusammendrückbaren Materials duchgeführt werden, jedoch ist

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dabei ein sehr grosser Druck im Vergleich zu dem Druck erforderlich, welcher bei Verwendung einer oder zwei Rollen benötigt wird. Die Ursache für diesen höheren Druck ist dadurch bedingt, dass durch das einfache Zusammenpressen keine Scherwirkung auftritt, wie dies bei der Verwendung einer Rolle der Fall ist.

Entsprechend einer Ausführungsform kann das zusammendrückbare Material^, anstelle der auf den zuschneidenden Werkstoff zu legenden Platte, auf die obere Rolle 10 aufgebracht sein, d.h. die öussere Oberfläche der oberen Rolle kann aus Kork hergestellt sein.

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Claims

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PATENTANS PRUECHE .

l) Verfahren zum Ausschneiden von Formstacken aus einem dünnen, ^! spröden Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne, spröde Werkstoff aus welchem die Formstücke auszuschneiden sind auf mindestens eine Schablone aufgelegt wird, so dass der dünne, spröde Werkstoff die oberfläche der Schablone bedeckt und sich mindestens antestimraten Stellen über den Umfang der Schablone hinauserstreckt, wobei die flache Oberfläche der Schablone die Form der auszuschneidenden Formstücke aufweist und der Umfang dieser flachen Oberfläche eine Schneidkante bildet, und dass ein zusammendrückbares Material gegen den dünnen, spröden Werkstoff gedrückt wird, um diesen gegen die Oberfläche der Schablone zu pressen, wobei das zusammendrückbare Material an wenigstens den gleichen Stellen als .der dünne, spröde Werkstoff über den Umfang der Schablone hinausragt, so dass durch das Zusammenpressen die über den Umfang der Schablone hervorragenden Bereiche des zusammendrück baren Materials in der Nähe des Schablonenumfangos unterhalb die Ebene der Schablonenfläche gedrückt werden um den dürinen spröden Werkstoff durch die Schneidkante der Oberfläche zu schneiden.

falls
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass/der dünne, spröds Werkstoff intekannter Weise mehrere ununterbrochene spröde Fasern mit im wesentlichen parallelen Achsen aufweist, die Schablone derart angeordnet wird, dass ihre geradlinigen Schneidkanten in einem Winkel zu den Fasern verlaufen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zusamroendrückbare Material in Form einer Korkplatte auf den zu schneidenden, dünnen, spröden Werkstoff aufgelegt wird, und dass das auf diese Weise gebildete Werkstück zwischen zwei paralleln, vertikal in Abstand voneinander angeordneten Rollen hindurchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone mittels eines Klebemittels oder einer Klebefolie auf einer Tragplatte be fest igt wird.

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